Turbinas

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Radial Inflow Turbine

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Turbinas de flujo radial

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Radial Inflow Turbine

Page 2: Turbinas

Contenido• Generalidades.• Radial Inflow Turbine.• Termodinámica del proceso.• Consideraciones de diseño.• Bibliografía.

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Generalidades (1)• Turbina Inflow -

outflow• 1930 Jet Engine

Flight• Turbogeneradores

Imagen tomada de: Ljungstrôm turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Generalidades (2)

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Generalidades (3)

Imagen tomada de: Influence of Reynolds number, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.

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Radial Inflow Turbine (1)

CANTILEVER• Baja eficiencia.• No presenta

aceleración del flujo.• Dificultad de

manufactura.

Imagen tomada de: Cantilever turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Radial Inflow Turbine (2)

MIXTED FLOW TURBINE

• Mejor eficiencia.• Mayor resistencia a los

esfuerzos generados.• Máximo

aprovechamiento de la velocidad

Imagen tomada de: Mixted Turbine, Boyce, Meherwan P, Gas Turbine Engineering Handbook, 3 ed.

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Radial Inflow Turbine (3)

Imagen tomada de: Mixted Flow Turbine , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Radial Inflow Turbine (4)

Imagen tomada de: Mixted Flow Turbine , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Termodinámica del proceso (1)

Proceso de expansión adiabática.

Ecuación de la Tobera:

Rotalpia de la turbina:

Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Termodinámica del proceso (2)

Ecuación de la Turbina

Donde:

Obtenemos que:

Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Termodinámica del proceso (3)

Ecuación del Difusor

Trabajo total del proceso:

Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (1)

Spouting Velocity:

• Velocidad máxima del sistema.• Representa la

velocidad de diseño a la cual debe ser diseñado el sistema.

Imagen tomada de: Mollier Diagram, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (2)

Punto de diseño de la eficiencia nominal:

Donde la diferencia de temperatura es obtenida de la relación de rotalpia de la turbina:

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Consideraciones de diseño (3)

Y las relaciones de velocidad del sistema:

Se obtiene que la eficiencia nominal es:

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Consideraciones de diseño (4)

Diseño de la eficiencia optima:Whitfield (1990) propone un modelo para el diseño:

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Consideraciones de diseño (5)

Angulo de entrada del flujo al reto:• Los ángulos

recomendados para la entrada del flujo al rotor son entre 20 y 40

Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (6)

También se puede encontrar en la literatura la relación entre ángulos de:

Imagen tomada de: Steamline flow , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (7)

Criterio del numero de aspas mínimo:

Imagen tomada de: Minimum number of blades, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (8)

Imagen tomada de: Diagram number of rotor vanes, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (9)

Diseño Geométrico Optimo

• Rohlik (1968) determino la proporción del diseño geométrico de las turbinas.• Se comprueba una

relación directa entre las condiciones geométricas del diseño y las perdidas del sistema.• Relación Condición

de operación optima - Eficiencia

Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (10)

Imagen tomada de: Performance of mixed flow turbine, S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

Imagen tomada de: Distribution of losses , S.L. Dixon, Fluid Mechanics, Thermodynamics of turbomachine, 4 ed.

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Consideraciones de diseño (11)Perdidas en el proceso de la turbina:• Carga y perdida de las aspas: 7-12%• Perdidas por fricción: 1-2%• Perdidas secundarias: 0-1%• Perdida de holgura: 1-2%• Perdida de la condición de diseño: 0,5-1,5%• Perdidas por salida: 1-5%• Perdida por calor.

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Bibliografia• Gas Turbine Engineering Handbook;Boyce, Meherwan P; 3ª

Edition; Elsevier, 2006.

• Fluid Mechanics, Thermodynamics of Turbomachinery; S.L. Dixon, B.Eng., PH.D.; 4ª Edition; 1998.

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